Centro de energías renovables CENER – CIEMAT. (Navarra)

La forma por la que se ha optado es distribuida, a modo de racimo con un eje central de distribución, según la línea de máxima pendiente, que distribuye las comunicaciones a pabellones a ambos lados, asentados en horizontal, “mirando” al sur. 

Esta forma resuelve de manera óptima el programa funcional al permitir acceso solar a todas las áreas. Resuelve también muy correctamente el problema del crecimiento futuro del edificio, de manera compatible con su estructura inicial, sobre la que se extiende. 

Sin embargo, esta forma plantea el problema teórico del factor de forma. En un clima como el de Pamplona, en teoría resulta preferible un edificio compacto. El edificio que se propone aquí no lo es. ¿Significa esto un peor comportamiento energético? Un edificio compacto va a tener menos pérdidas de calor a través de la envolvente, pero también tendrá menor posibilidades de ganar calor del entorno ¿Dónde está el punto de equilibrio?

Los resultados obtenidos en la simulación energética comparativa entre la solución propuesta, con un factor de forma de  0,61m-1 y un edificio con una forma y un cerramiento teóricamente  ideales, con un factor de forma de 0,27m-1, indican que, si el edificio cuenta con sistemas bioclimáticos de aprovechamiento energético debidamente gestionados, pueden obtenerse iguales o mejores resultados con un edificio extenso que con uno compacto. 

Esto es así porque el edificio saca partido de manera (pasivamente) activa de sus posibilidades de captación y cesión de calor en toda época del año, en lugar de ser un edificio que exclusivamente se protege del clima que lo rodea. El consumo de refrigeración del edificio extenso es mayor que el del compacto debido a su mayor ganancia solar, pero parte de la demanda de refrigeración tiene lugar en meses fríos, en los que puede realizarse free cooling. En cuanto al consumo de calefacción, es mucho menor en el edificio extenso que en el compacto porque en aquel las ganancias de los sistemas solares bioclimáticos exceden con creces las mayores pérdidas a través de la envolvente, incluso teniendo en cuenta que el edificio compacto de referencia es un edificio tan bien aislado como el de la propuesta, y con ventanas más pequeñas. 

Las potencias máximas necesarias de calefacción y refrigeración resultan muy próximas, lo cual también conviene a la lógica del sistema, que resulta más equilibrado.

Finalmente, la calidad ambiental interior (aire y luz sobre todo, además de la temperatura a que hacen referencia los párrafos anteriores) del edificio extenso será sin duda muy superior a la del edificio compacto, por razones obvias de disponibilidad.

Esta simulación se ha realizado para un edificio de cinco plantas, que daría la mejor forma razonablemente posible. La simulación con un edificio de tres plantas acorde con la normativa de la zona arrojaría datos todavía más favorables al edificio bioclimático extenso y bien gestionado. 

El comportamiento propiamente bioclimático de los pabellones del edificio se basa en los aparejos presentados en las secciones constructivas que siguen, con arreglo a la leyenda que las acompaña. 

Los aspectos más significativos son los siguientes:

Aislamiento / Control de Puentes Térmicos. Fachadas

El uso de la estructura de madera en fachadas permite la supresión de los puentes térmicos en los frentes de forjado y, en especial, en los marcos de las ventanas, ya que la madera es un material de baja conductividad térmica. Esta solución constructiva, permite además alcanzar altos niveles de aislamiento rellenando su cavidad interior.  Este tipo de fachada ligera resulta adecuada en la orientación norte. En la orientación sur se alterna la fachada ligera con el componente de acumulación de las chimeneas solares, descrito más abajo.

Aislamiento / Control de Puentes Térmicos. Forjados.

Se ha optado por una solución de cubierta plana que permita el uso de la cubierta para todo tipo de experimentación solar en relación con las áreas de trabajo. El aparejo contiene tres capas, las dos primeras aislantes y la tercera de alta reflexión luminosa. Por debajo del forjado inferior se dispone un continuo de aislamiento. Con la solución de fachadas y forjados se consigue una envoltura aislante sin solución de continuidad.

Impermeabilización

En fachada, al exterior de las soluciones de aislamiento, se crea una cavidad libremente ventilada que se reviste con el acabado exterior, de tablero contrachapado de madera para exteriores en los frentes sur y de piedra esquistosa en las traseras norte. En cubierta, la impermeabilización se dispone por debajo del aislante, para mejor protección de aquella.

Ventilación – Captación solar / Convección de calor (frio)

La chimenea solar actúa como motor de la ventilación tanto en invierno como en verano. Para este funcionamiento, se diseñan las rejillas – compuertas motorizadas que se indican en la sección de Ventilación. La gestión de las rejillas, de accionamiento neumático por tipo de rejillas, será automatizada en función de las condiciones interiores y exteriores.

La operación del sistema chimenea solar es la siguiente:

• Invierno

Tanto la compuerta inferior (45) como la superior (46) se encuentran cerradas, de manera que el efecto invernadero no se pierda por convección al exterior. También están cerradas las rejillas superiores de cada planta (48). 

La radiación solar incidente sobre la chimenea hace que se produzca la captación de calor por parte de los contenedores de material de cambio de fase (63, descrito en mayor detalle en el apartado de acumulación), aumentando su temperatura hasta 26º C, manteniéndose a esta temperatura mientras haya material que fundir, y pasando de ella después. La chimenea solar podrá de hecho alcanzar temperaturas del orden de 50º C. Para evitar que estas temperaturas transmitan excesivo calor a los espacios interiores, la hoja de doble capa de cartón yeso (44) se reviste con una lámina de aluminio bruñido de baja emisividad en la cara que da a la acumulación.

Las rejillas inferiores de planta (47) se encuentran abiertas, lo cual provoca un bucle convectivo que hará aumentar progresivamente la temperatura del aire interior, hasta que se alcance la temperatura de consigna. Llegado este momento puede cerrarse la rejilla inferior de la planta que lo necesite (47) o pueden abrirse las rejillas superiores de planta (48) y las rejillas de ventilación cruzada (49) si el riesgo de sobrecalentamiento es mayor.

• Verano

Durante la noche se encuentra abierta la compuerta superior de la chimenea (46). Debido a la forma del remate de la chimenea (43) esto provoca, por efecto Venturi, una depresión en la columna de la chimenea. 

Las rejillas superiores de cada planta (48) y las rejillas de ventilación cruzada (49) se encuentran abiertas, estableciéndose una circulación de aire a través de los espacios interiores con la consiguiente refrigeración de los mismos.

Durante el día, la chimenea debe evacuar el calor que capta por libre circulación convectiva al exterior. Esto se consigue por medio de la apertura de las compuertas inferior (45) y superior (46), manteniéndose abiertas las rejillas 47, 48 y 49 cuando la temperatura exterior no supere 24º C, y cerradas después para evitar ganancias indeseadas de calor al interior.  

Soleamiento – Iluminación natural / Protección solar – Vistas

La sección de vistas incluye ventanas de carpintería de madera con acristalamiento doble de baja emisividad tipo Planitherm (55).  La iluminación interior se potencia por medio del uso de materiales TIM (Transparent Insulation Materials o materiales de aislamiento transparentes, 53), que se sitúan por encima del parasol – reflector móvil (51) en la orientación sur y a la altura de la ventana de visión en la orientación norte.

La operación estacional es como sigue:

• Invierno

Durante el día, el bajo ángulo de elevación de la radiación solar permite un importante grado de ganancia solar, incrementada por la reflexión, tanto sobre el parasol como sobre las fachadas sur que se encuentran detrás.

Cuando llega la noche, se cierran los parasoles para que actúen como sistema de aislamiento nocturno, reduciendo las pérdidas de calor.

• Verano

Durante el día, la configuración de los parasoles (51 y 52) reduce al mínimo la ganancia de calor por radiación directa sobre los acristalamientos.

Durante la noche los parasoles móviles de dejan abiertos para favorecer la pérdida de calor hacia el exterior.

Acumulación de calor – radiación de calor (frío)

El uso de materiales de cambio de fase es uno de los aspectos más significativos de este proyecto. El material de cambio de fase no sólo permite acumulaciones de calor del orden de quince veces superiores por unidad de masa a las que pueden realizarse por incremento simple de temperatura. Además, permite realizar esta acumulación sin que el material se salga de una banda térmica determinada (la propia temperatura del cambio de fase). Esto consigue dos efectos importantísimos: lograr mantenerse en el nivel de confort deseado a pesar de estar cargando o descargando calor, y solventar en gran medida el problema de la variabilidad de los aportes energéticos medioambientales. 

En la solución constructiva del edificio encontramos acumulación en forjados y en fachada. (Adicionalmente, en la solución de la instalación encontramos también acumulación de cambio de fase en producción de calor (a 45º C) y de frío (6º C)).

En forjados, además de los componentes estructurales pesados de hormigón alveolar, se utilizan materiales de cambio de fase a distintas temperaturas para conseguir el mejor equilibrado térmico interior. Los alveolos de los forjados se rellenan con material de cambio de fase a 18 – 20º C (forjado de techo) y a 22 – 24º C (forjado inferior). El material de cambio de fase se encuentra contenido en un recipiente tubular flexible de polietileno que permite un buen contacto con el hormigón del forjado, y que alberga también un conducto flexible de polietileno que permite aportar calor o frío al material. La introducción de la bolsa y el conducto de polietileno, el relleno con material de cambio de fase, y el sellado se realizan en obra.

En fachada sur, se utiliza material de cambio de fase a 26º C en la chimenea solar, lo que permite aportación térmica en invierno, sin exceder de temperaturas de confort en verano.